L’església està adossada al claustre de la catedral de Santa Maria i és l’únic edifici conservat del conjunt monumental que erigí el bisbe Sant Ermengol abans del 1035. La capella, amb porta al claustre, té planta de creu llatina: una nau amb transsepte; el transsepte és capçat a llevant per tres absis semicirculars, major el central, ornamentats exteriorment amb lesenes i arcuacions.
Va rebre l’actual advocació de Sant Miquel quan la capella d’aquest nom que era situada vora el portal de Cerdanya va ser donada als dominicans. Els dos sants presideixen el seu retaule gòtic, conservat al Museu Nacional d’Art de Catalunya. També són en aquest museu les pintures murals romàniques del seu absis central, centrades per la figura del Pantocràtor amb els símbols dels evangelistes i, sota, les figures de diversos sants.